Diplomová práce se zabývá návrhem obecného trubkového svazku povrchového axiálního kondenzátoru. Z konstrukčního hlediska je kondenzátor výměníkem tepla, tj. zařízením, které je využíváno v elektrárnách ke zvýšení účinnosti tepelného oběhu celého systému.
Na základě zadání společnosti DOOSAN ŠKODA POWER, s.r.o. byl proveden termodynamický návrh kondenzátoru, návrh rastru trubkového svazku a byl vytvořen zjednodušený model kondenzátoru ve výpočtovém systému ANSYS. Pro simulaci proudění a kondenzace páry byl využit výpočtový systém ANSYS Fluent 15.0, do něhož byly implementovány uživatelské funkce (UDFs).
Hlavním cílem práce bylo navrhnout nové prostorové rozmístění teplosměnných trubek a pomocí numerického výpočtu ověřit, zda je umožněn co nejlepší přístup páry ke všem trubkám. Byly navrženy dvě varianty rastrů trubkového svazku. První podle standardního designu DOOSAN ŠKODA POWER, s.r.o. a druhá, alternativní varianta, pro kruhový kondenzátor. Obě navržené varianty byly numericky ověřovány pomocí simulačních výpočtů proudění a kondenzace páry na 3D modelech kondenzátoru. Záměrem předkládané diplomové práce bylo proniknout do problematiky kondenzátorů a systému kondenzace v elektrárnách.
Annotation in English
This thesis deals with the design of the tube bundle of surface axial condenser. Surface condenser is the heat exchanger, the equipment used in power plants to increase the efficiency of thermal cycles.
Based on the task, given by DOOSAN ŠKODA POWER, s.r.o., we designed the tube bundle and created a simplified model of the surface condenser in the software ANSYS. For numerical simulation was used computational system ANSYS Fluent 15.0 with implemented User Defined Functions (UDFs).
The main aim of this thesis was to design the distribution of the tubes and to verify the best possible flow of steam for the surface condenser by using numerical simulations. Two variants of the tube bundle were projected. The variant with the standard design of DOOSAN ŠKODA POWER, s.r.o. and the other, alternative variant, for circular condenser. Both designed modifications were tested numerically for flow and condensation of steam on 3D models of surface condenser. The next aim was to acquainted with the problems of surface condensers and systems of condensation in power plants.
Diplomová práce se zabývá návrhem obecného trubkového svazku povrchového axiálního kondenzátoru. Z konstrukčního hlediska je kondenzátor výměníkem tepla, tj. zařízením, které je využíváno v elektrárnách ke zvýšení účinnosti tepelného oběhu celého systému.
Na základě zadání společnosti DOOSAN ŠKODA POWER, s.r.o. byl proveden termodynamický návrh kondenzátoru, návrh rastru trubkového svazku a byl vytvořen zjednodušený model kondenzátoru ve výpočtovém systému ANSYS. Pro simulaci proudění a kondenzace páry byl využit výpočtový systém ANSYS Fluent 15.0, do něhož byly implementovány uživatelské funkce (UDFs).
Hlavním cílem práce bylo navrhnout nové prostorové rozmístění teplosměnných trubek a pomocí numerického výpočtu ověřit, zda je umožněn co nejlepší přístup páry ke všem trubkám. Byly navrženy dvě varianty rastrů trubkového svazku. První podle standardního designu DOOSAN ŠKODA POWER, s.r.o. a druhá, alternativní varianta, pro kruhový kondenzátor. Obě navržené varianty byly numericky ověřovány pomocí simulačních výpočtů proudění a kondenzace páry na 3D modelech kondenzátoru. Záměrem předkládané diplomové práce bylo proniknout do problematiky kondenzátorů a systému kondenzace v elektrárnách.
Annotation in English
This thesis deals with the design of the tube bundle of surface axial condenser. Surface condenser is the heat exchanger, the equipment used in power plants to increase the efficiency of thermal cycles.
Based on the task, given by DOOSAN ŠKODA POWER, s.r.o., we designed the tube bundle and created a simplified model of the surface condenser in the software ANSYS. For numerical simulation was used computational system ANSYS Fluent 15.0 with implemented User Defined Functions (UDFs).
The main aim of this thesis was to design the distribution of the tubes and to verify the best possible flow of steam for the surface condenser by using numerical simulations. Two variants of the tube bundle were projected. The variant with the standard design of DOOSAN ŠKODA POWER, s.r.o. and the other, alternative variant, for circular condenser. Both designed modifications were tested numerically for flow and condensation of steam on 3D models of surface condenser. The next aim was to acquainted with the problems of surface condensers and systems of condensation in power plants.
\hyphenation{teplosměnných}
Navrhněte trubkový svazek axiálního kruhového kondenzátoru s novým rozložením teplosměnných trubek oproti standardu DOOSAN ŠKODA POWER s.r.o. Nový návrh svazku kondenzátoru srovnejte s původním provedením svazku.
Proveďte rešerši na dané téma axiálních kruhových kondenzátorů.
Vytvořte termodynamický návrh kondenzátoru pro zadané vstupní parametry. Zvolte potřebnou teplosměnnou plochu tak, aby kondenzátor dosahoval zadané hodnoty vakua.
Podle výsledků termodynamického výpočtu zvolte rastr trubkového svazku na základě designu DOOSAN ŠKODA POWER s.r.o. Vypočtěte tlakové ztráty na vodní straně a spadek vakua kondenzátoru. Navrhněte odsávání vzduchu pro zvolený trubkový svazek.
S využitím výpočtového systému ANSYS stanovte proudové pole v kondenzátoru.
Navrhněte další možná řešení trubkového svazku, který srovnáte s klasickým designem DOOSAN ŠKODA POWER s.r.o. Proveďte vyhodnocení a diskusi dosažených výsledků pro navržené varianty.
Research Plan
\hyphenation{teplosměnných}
Navrhněte trubkový svazek axiálního kruhového kondenzátoru s novým rozložením teplosměnných trubek oproti standardu DOOSAN ŠKODA POWER s.r.o. Nový návrh svazku kondenzátoru srovnejte s původním provedením svazku.
Proveďte rešerši na dané téma axiálních kruhových kondenzátorů.
Vytvořte termodynamický návrh kondenzátoru pro zadané vstupní parametry. Zvolte potřebnou teplosměnnou plochu tak, aby kondenzátor dosahoval zadané hodnoty vakua.
Podle výsledků termodynamického výpočtu zvolte rastr trubkového svazku na základě designu DOOSAN ŠKODA POWER s.r.o. Vypočtěte tlakové ztráty na vodní straně a spadek vakua kondenzátoru. Navrhněte odsávání vzduchu pro zvolený trubkový svazek.
S využitím výpočtového systému ANSYS stanovte proudové pole v kondenzátoru.
Navrhněte další možná řešení trubkového svazku, který srovnáte s klasickým designem DOOSAN ŠKODA POWER s.r.o. Proveďte vyhodnocení a diskusi dosažených výsledků pro navržené varianty.
Recommended resources
Kalčík J.: Technická termodynamika. Nakladatelství ČSAV, Praha, 1963.
Kadrnožka J.: Tepelné elektrárny a teplárny. Praha, 1984.
Szocs L.: Povrchový kondenzátor pro parní turbínu. Diplomová práce, VUT v Brně, Ústav energetiky, 2012.
Roth Z.: Výměníky tepla v energetice. Texty přednášek pro ZČU v Plzni, 1994.
Li J.-D.: CFD simulation of water vapour condensation in the presence of non-condensable gas in vertical cylindrical condensers. International Journal of Heat and Mass Transfer 57 (2): 708-721, 2013.
Dehbi A., Janasz F., Bellb B.: Prediction of steam condensation in the presence of noncondensable gases using a CFD-based approach. Nuclear Engineering and Design 258: 199-210, 2013.
Zeng H., Meng J., Li Z.: Numerical study of a power plant condenser tube arrangement. Applied Thermal Engineering 40: 294-303, 2012.
DOOSAN ŠKODA POWER s.r.o.: Firemní dokumentace společnosti, 2013.
ANSYS: Uživatelský manuál.
Recommended resources
Kalčík J.: Technická termodynamika. Nakladatelství ČSAV, Praha, 1963.
Kadrnožka J.: Tepelné elektrárny a teplárny. Praha, 1984.
Szocs L.: Povrchový kondenzátor pro parní turbínu. Diplomová práce, VUT v Brně, Ústav energetiky, 2012.
Roth Z.: Výměníky tepla v energetice. Texty přednášek pro ZČU v Plzni, 1994.
Li J.-D.: CFD simulation of water vapour condensation in the presence of non-condensable gas in vertical cylindrical condensers. International Journal of Heat and Mass Transfer 57 (2): 708-721, 2013.
Dehbi A., Janasz F., Bellb B.: Prediction of steam condensation in the presence of noncondensable gases using a CFD-based approach. Nuclear Engineering and Design 258: 199-210, 2013.
Zeng H., Meng J., Li Z.: Numerical study of a power plant condenser tube arrangement. Applied Thermal Engineering 40: 294-303, 2012.
DOOSAN ŠKODA POWER s.r.o.: Firemní dokumentace společnosti, 2013.
